结构体内存对齐问题
c++结构体内存对齐
c++结构体内存对齐【实用版】目录1.C++结构体的概述2.内存对齐的概念3.C++结构体内存对齐的规则4.内存对齐的影响5.编程实例解析正文【1.C++结构体的概述】C++结构体是一种复合数据类型，它可以包含不同类型的成员变量。
结构体主要用于将一组相关联的数据组织在一起，以便于程序的设计和实现。
结构体在 C++中可以用于封装和组织对象的属性，使代码更加模块化和清晰。
【2.内存对齐的概念】内存对齐是指编译器在分配结构体变量的内存空间时，为了提高数据访问的效率和速度，有意地“对齐”结构体成员变量的内存地址。
这样做可以使得 CPU 在从内存中读取数据时，只需要访问一次内存，就可以取得连续的几个成员变量，提高了程序的运行效率。
【3.C++结构体内存对齐的规则】C++结构体的内存对齐规则主要取决于成员变量的类型、大小和顺序。
具体规则如下：1.结构体的大小应当是其最大成员大小的整数倍。
2.成员变量的地址应当是其大小的整数倍。
3.成员变量的对齐边界应当是其大小的最大公约数。
【4.内存对齐的影响】内存对齐对程序的运行速度和效率有着重要的影响。
合理的内存对齐可以减少 CPU 的访问次数，提高程序的运行速度。
而不合理的内存对齐则会导致 CPU 访问次数增加，降低程序的运行效率。
【5.编程实例解析】下面是一个 C++结构体的编程实例，分析其内存对齐情况：```cppstruct Student {char name[20];int age;double score;};int main() {Student s1;cout << ": " << << endl;cout << "s1.age: " << s1.age << endl;cout << "s1.score: " << s1.score << endl;return 0;}```在这个例子中，`Student`结构体包含了三个成员变量：`name`、`age`和`score`。
c++ 内存对齐规则
c++ 内存对齐规则
C++中的内存对齐规则确保数据结构在内存中按照特定的规则进行布局，以便提高访问效率和系统性能。
下面是关于C++内存对齐的详细介绍：
一、内存对齐原则：
1．对于任何给定的数据类型，其起始地址必须是它自身大小的整数倍。
2．结构体的总大小必须是其最大成员大小的整数倍。
二、默认对齐：
1．基本数据类型（如char、int、float等）的默认对齐值通常等于其大小。
2．对于结构体，其默认对齐值等于其最大成员大小。
三、结构体对齐规则：
1．结构体的对齐值为结构体中最大成员的大小。
2．结构体的大小为结构体中所有成员大小的总和，但不会小于其对齐值。
3．如果结构体中包含成员的自定义对齐指令（如#pragma pack），则按照指令指定的对齐方式进行对齐。
四、对齐修饰符：
1．C++11引入了对齐修饰符alignas，可以用于指定特定变量或结构体的对齐方式。
2．例如：alignas(8) int array[16];将array数组的对齐方式设置为8字节。
五、注意事项：
1．内存对齐可以提高访问效率，但可能会浪费一些内存空间。
2．对于跨平台开发，需要注意不同平台上的对齐规则可能不同，因此在进行数据传输或持久化存储时需要考虑跨平台兼容性。
总之，C++的内存对齐规则确保了数据在内存中按照特定规则进行布局，以提高访问效率和系统性能。
开发者可以使用默认对齐规则或使用对齐修饰符来指定特定变量或结构体的对齐方式。
c语言结构体对齐规则
c语言结构体对齐规则C语言中的结构体是一种将多个数据项组合成一个整体的数据类型。
在定义结构体时，需要考虑如何进行内存对齐，以保证数据访问的正确性和效率。
本文将介绍C语言结构体的对齐规则。
结构体内存对齐规则主要涉及两个概念：对齐边界和填充字节。
对齐边界指的是数据在内存中的对齐位置，它必须是该数据类型大小的整数倍。
填充字节是指在数据与对齐边界之间补充的字节，以满足对齐要求。
C语言结构体对齐规则如下：1. 结构体内的第一个数据成员放在地址最低的位置，后面的数据成员按照声明顺序依次放置。
2. 结构体的总大小必须是其包含的所有数据成员大小的整数倍，如果不是，则在最后一个数据成员后面填充字节。
3. 结构体的对齐边界为其中最大的数据成员大小。
即结构体的起始地址必须是最大数据成员大小的整数倍。
4. 当结构体中包含的数据成员不同类型时，按照其大小从大到小进行排列。
5. 如果结构体中包含的数据成员中有某个成员的大小超过了当前的对齐边界，则需要进行填充字节，以保证下一个数据成员的对齐要求。
下面通过几个例子来说明内存对齐规则的应用：例一：struct student{char name[10];int age;float score;};使用sizeof计算结构体大小得到：24 （可以想象，不加对齐的话只有12个字节）对齐后：struct student{char name[10]; 10char fill[2]; fillint age; 4float score; 4};例二：struct person{char gender;short height;int id;};使用sizeof计算结构体大小得到：8 （在32位架构上）对齐后：struct person{char gender; 1char fill[1]; fillshort height; 2int id; 4};例三：struct fraction{int numerator;int denominator;char symbol;};使用sizeof计算结构体大小得到：12 （在32位架构上）对齐后：struct fraction{int numerator; 4int denominator; 4char symbol; 1char fill; fill};总结：内存对齐是为了保证数据访问的效率和正确性，不能忽视。
内存对齐的技巧
内存对齐的技巧
内存对齐是一种优化技术，它可以提高数据在内存中的访问速度，减少内存访问的时间。
下面是一些内存对齐的技巧：
1. 使用对齐的数据类型：在定义结构体时，使用对齐的数据类型，例如使用32位机器上的32位整数，而不是16位整数。
2. 将大的数据类型放在前面：在定义结构体时，将大的数据类型放在前面，这样可以最大程度地减少内存碎片。
3. 使用字节对齐指令：一些编程语言和编译器提供了字节对齐的指令，可以在编译时对结构体进行字节对齐。
4. 使用特定的编译选项：在编译程序时，可以设置特定的编译选项，例如使用-malign-double选项来告诉编译器以双字对齐浮点数。
5. 避免结构体的嵌套：结构体的嵌套会增加内存的存取时间，可以尽量避免结构体的嵌套使用。
6. 了解特定平台的对齐规则：不同的平台有不同的对齐规则，了解特定平台的对齐规则可以帮助进行更好的内存对齐。
这些技巧可以帮助程序员优化内存对齐，提高程序的性能和执行效率。
C语言结构体对齐问题
C语言结构体对齐问题1。
几个结构体例子：struct{short a1;short a2;short a3;}A;struct{long a1;short a2;}B;sizeof( A)=6, sizeof( B)=8,为什么？注：sizeof(short)=2,sizeof(long)=4因为：“成员对齐有一个重要的条件，即每个成员按自己的方式对齐。
其对齐的规则是，每个成员按其类型的对齐参数(通常是这个类型的大小)和指定对齐参数(这里默认是8字节)中较小的一个对齐。
并且结构的长度必须为所用过的所有对齐参数的整数倍，不够就补空字节。
”(引用)结构体A中有3个short类型变量，各自以2字节对齐，结构体对齐参数按默认的8字节对齐，则a1,a2,a3都取2字节对齐，则sizeof(A)为6，其也是2的整数倍；B中a1为4字节对齐，a2为2字节对齐，结构体默认对齐参数为8，则a1取4字节对齐，a2取2字节对齐，结构体大小6字节，6不为4的整数倍，补空字节，增到8时，符合所有条件，则sizeof(B)为8；可以设置成对齐的#pragma pack(1)#pragma pack(push)#pragma pack(1)struct{short a1;short a2;short a3;}A;struct{long a1;short a2;}B;#pragma pack(pop)结果为sizeof( A)=6,sizeof( B)=6 ************************#pragma pack(8)struct S1{char a;long b;};struct S2 {char c;struct S1 d;long long e;};#pragma pack()sizeof(S2)结果为24.成员对齐有一个重要的条件，即每个成员分别对齐，即每个成员按自己的方式对齐。
也就是说上面虽然指定了按8字节对齐，但并不是所有的成员都是以8字节对齐。
c语言结构体对齐规则
c语言结构体对齐规则C语言结构体对齐规则结构体是C语言中一种自定义的数据类型，可以用来存储不同类型的数据，使得数据的组织更加灵活。
在使用结构体时，为了提高内存的利用率和访问效率，C语言引入了结构体对齐规则。
结构体对齐是指在结构体中各个成员之间的内存间隔，也称为对齐间隔。
结构体对齐的目的是为了使得结构体的成员在内存中按照一定的规则对齐，以提高访问效率。
在C语言中，结构体的对齐规则是由编译器决定的。
一般来说，结构体对齐规则主要涉及两个方面：成员对齐和结构体整体对齐。
1. 成员对齐在结构体中，每个成员都有自己的对齐要求。
对于基本数据类型，如整型、字符型等，其对齐要求一般与其本身的大小相关，例如int 类型通常要求4字节对齐，而char类型则无对齐要求。
对于数组成员，其对齐要求与数组元素的对齐要求相同。
对于结构体中的成员，编译器会按照成员的类型和对齐要求进行内存对齐。
对于需要对齐的成员，编译器会在其前面填充适当的空白字节，以满足对齐要求。
填充的字节数量由编译器自行决定，在不同的编译器和平台上可能有所差异。
2. 结构体整体对齐结构体整体对齐是指结构体变量在内存中的起始地址需要满足的对齐要求。
结构体整体对齐要求一般是结构体中成员对齐要求的最大公约数。
例如，如果结构体中有一个成员要求4字节对齐，而另一个成员要求8字节对齐，则结构体整体对齐要求为8字节。
结构体整体对齐要求的目的是为了提高访问效率。
如果结构体的整体对齐要求为8字节，那么在访问该结构体变量时，编译器会保证该变量的起始地址是8的倍数，以提高访问速度。
在实际编程中，为了满足结构体对齐规则，可以使用#pragma pack指令来控制对齐方式。
该指令可以指定结构体的对齐方式，常用的取值有1、2、4、8等。
例如，使用#pragma pack(4)指令可以将结构体的对齐方式设置为4字节对齐。
需要注意的是，结构体对齐规则是与编译器和平台相关的，不同的编译器和平台可能有不同的对齐规则。
c++中结构体内存对齐规则
C++中的结构体（struct）内存对齐是由编译器处理的，它的目的是为了提高访问结构体成员的效率，避免因内存对齐不当而导致的性能损失。
结构体内存对齐规则如下：
1.成员对齐规则：
–结构体的每个成员都有自己的对齐要求，要求的字节数是成员自身大小和默认对齐字节数中较小的那个。
默认对齐字节数通常是编译器或
平台相关的。
2.结构体整体对齐规则：
–结构体的整体对齐要求是结构体中所有成员对齐要求的最大值。
这确保结构体的起始地址和结尾地址都符合成员的对齐要求。
3.填充字节：
–为了满足对齐要求，编译器可能会在结构体的成员之间插入一些填充字节。
这些填充字节不属于结构体的成员，只是为了对齐而存在。
4.#pragma pack 指令：
–有时候，程序员可能需要更精确地控制结构体的对齐规则。
在这种情况下，可以使用#pragma pack指令来设置结构体的对齐字节数。
但要
注意，这样做可能影响性能，因为它可能导致额外的内存访问成本。
示例：
在这个例子中，ExampleStruct的大小是 16 字节，其中包含了填充字节以确保对齐。
实际的大小可能会因编译器和平台而异。
请注意，结构体内存对齐规则是平台和编译器相关的，不同的编译器和平台可能有不同的默认对齐策略。
如果你需要确切控制结构体的对齐，可以使用编译器提供的特定指令或选项。
结构体的对齐补齐规则
结构体的对齐补齐规则
结构体是C语言中的一种复合数据类型，由多个不同类型的变量组成，这些变量被称为结构体成员。
在计算机内存中，结构体的存储方式是按照成员的顺序依次存放，但是为了保证数据的正确性和访问效率，需要对结构体进行对齐和补齐。
对齐是指将结构体成员存储在内存中的地址按照某种规则进行对齐，以便于CPU读取数据。
补齐是指在成员之间填充一些无用的字节，使得结构体的大小是某个特定值的整数倍，以便于内存管理和数据访问。
C语言中的结构体对齐和补齐规则如下：
1. 结构体成员变量的偏移量必须是该成员大小的整数倍。
2. 结构体大小必须是最大成员大小的整数倍。
3. 结构体成员变量按照声明的顺序依次存放，但是可以通过调整成员的顺序来减少填充的字节。
4. 结构体成员变量的大小不同，因此可能需要对不同的成员进行不同的对齐和补齐。
5. 对于不同的平台和编译器，对齐和补齐的规则可能会有所不同，因此必须根据具体情况来确定结构体的对齐方式。
总之，结构体的对齐和补齐是C语言中非常重要的概念，对于程序的正确性和性能都有着重要的影响。
正确理解和应用这些规则，可以使我们编写出更加高效和可靠的程序。
- 1 -。
c语言结构体按1字节对齐
c语言结构体按1字节对齐在c语言中，结构体是一种自定义数据类型，作用是将若干个不同类型的数据组合在一起，形成一个新的数据类型。
在定义结构体时，我们需要考虑结构体中各个成员的内存对齐方式，这对程序的性能和内存占用都有很大的影响。
在c语言中，结构体的内存对齐方式默认为按4字节对齐，这意味着结构体中的每个成员都会按照4字节的倍数分配内存空间。
但是，有时候按4字节对齐会造成浪费，因为有些数据类型只需要1字节或2字节的内存空间就可以表示。
所以，我们可以使用#pragma pack来修改结构体的内存对齐方式。
例如，如果我们想要按1字节对齐，只需要在结构体定义前加上#pragma pack(1)即可。
pragma pack(1)struct student{char name[20];int age;char gender;float score;};在这个例子中，我们定义了一个学生结构体，其中成员name为字符串类型，占用20字节；age为int类型，占用4字节；gender为char类型，占用1字节；score为float类型，占用4字节。
因为我们使用了#pragma pack(1)，所以这个结构体会按照1字节对齐方式来分配内存空间，最终占用的空间大小为29字节。
需要注意的是，尽管按照1字节对齐可以节省大量的内存空间，但是也会影响程序的运行效率。
因为按照1字节对齐会增加内存读写操作的次数，导致程序运行速度变慢。
因此，在定义结构体时，我们需要根据实际情况来选择适合的内存对齐方式。
如果对内存空间非常敏感，可以考虑按照1字节对齐方式；如果对性能要求比较高，可以选择按照4字节或8字节对齐。
在实际编程中，我们可以使用调试工具来观察各种对齐方式的内存占用情况，以便更好地选择内存对齐方式，从而优化程序性能和内存占用。
结构体字节对齐的方法
结构体字节对齐的方法
结构体字节对齐的方法通常遵循几个原则，这些原则确保了结构体成员在内存中的布局方式，以提高性能和减少内存浪费。
这些原则包括：
1.数据成员的对齐规则：结构体中的每个数据成员应该按照其类
型的大小进行对齐。
例如，如果一个数据成员的类型是int（在
32位系统中通常为4字节），那么它应该从偏移量为4的整数
倍的地方开始存储。
第一个数据成员通常从偏移量0开始。
2.结构体作为成员的对齐规则：如果一个结构体B中包含另一个
结构体A作为成员，那么结构体A应该从其内部最大成员类型
的字节大小的整数倍的地方开始存储。
例如，如果结构体A包
含char、int和double等成员，那么结构体A应该从偏移量为
8的整数倍的地方开始存储（因为double类型通常占用8字
节）。
3.结构体总大小的对齐规则：结构体的总大小（即使用sizeof运
算符得到的大小）应该是其内部最大成员类型的字节大小的整
数倍。
如果不足，编译器通常会在结构体的末尾填充字节以满
足这个要求。
此外，可以通过编译器指令（如#pragma pack(n)）来改变默认的对齐方式。
例如，#pragma pack(1)会告诉编译器按照1字节对齐，即不进行任何填充。
然而，这可能会导致性能下降和内存浪费，因为访问未对齐的数据可能会更慢，并且可能会占用更多的内存。
总的来说，结构体的字节对齐是一种重要的内存管理技术，它有助于
提高性能、减少内存浪费，并确保数据的正确访问。
在编写涉及结构体的代码时，理解并应用这些对齐规则是很重要的。
结构体对齐方式
结构体对齐方式
结构体对齐方式是指在内存中如何对结构体的成员进行排列和对齐。
通常，结构体的对齐规则是将结构体的成员按照从高到低的顺序排列，并且要求成员的起始地址是其大小的整数倍。
即结构体的对齐要求成员的起始地址必须满足某种对齐大小。
一般来说，结构体的对齐方式会依赖于编译器的实现和目标平台的要求。
但是，可以使用一些特定的指令或编译选项来控制结构体的对齐方式。
常用的结构体对齐方式有以下几种：
1. 默认对齐方式：结构体成员的对齐方式由编译器和目标平台决定，通常是按照成员的类型进行对齐。
2. 最大对齐方式：结构体的对齐方式取决于其成员中最大的对齐要求。
即结构体的对齐大小是成员中最大对齐要求的整数倍。
3. 最小对齐方式：结构体的对齐方式取决于其成员中最小的对齐要求。
即结构体的对齐大小是成员中最小对齐要求的整数倍。
结构体的对齐方式可以通过编译器的指令或选项进行控制，例如使用#pragma pack(n)指令来指定结构体的对齐方式为n字节。
或者在编译时使用特定的选项，例如-gcc的-fpack-struct选项
来指定结构体的对齐方式为默认方式。
c语言结构体嵌套大小对齐规则
c语言结构体嵌套大小对齐规则C语言结构体嵌套大小对齐规则在C语言中，结构体是一种自定义的数据类型，它可以由多个不同类型的变量组成。
结构体嵌套则是指在一个结构体中定义另一个结构体作为其成员。
在使用结构体嵌套时，需要了解结构体的大小对齐规则，以便正确地分配内存空间，避免内存浪费和访问异常。
一、结构体的大小对齐规则在C语言中，结构体的大小是根据其成员变量的类型和顺序来决定的。
为了提高内存访问的效率，编译器会对结构体进行大小对齐，即将结构体的大小调整为某个特定的字节对齐数的整数倍。
1. 成员变量的对齐- char 类型的变量对齐于1字节，即按照字节对齐。
- short 类型的变量对齐于2字节，即按照2字节对齐。
- int 类型的变量对齐于4字节，即按照4字节对齐。
- long、long long 类型的变量对齐于8字节，即按照8字节对齐。
- float 类型的变量对齐于4字节，即按照4字节对齐。
- double 类型的变量对齐于8字节，即按照8字节对齐。
- 指针类型的变量对齐于机器字长，32位系统为4字节，64位系统为8字节。
2. 结构体的对齐- 结构体的对齐值为其成员变量中对齐要求最大的类型的大小。
- 结构体的大小为对齐值的整数倍，如果成员变量的总大小不是对齐值的整数倍，则需要补齐。
二、结构体嵌套的大小对齐规则当结构体中存在嵌套结构体时，嵌套结构体的大小也需要满足大小对齐规则。
具体规则如下：1. 嵌套结构体的对齐- 嵌套结构体的对齐值为其成员变量中对齐要求最大的类型的大小。
- 嵌套结构体的大小为对齐值的整数倍，如果成员变量的总大小不是对齐值的整数倍，则需要补齐。
2. 结构体的对齐- 结构体的对齐值为其成员变量中对齐要求最大的类型的大小。
- 结构体的大小为对齐值的整数倍，如果成员变量的总大小不是对齐值的整数倍，则需要补齐。
三、示例说明为了更好地理解结构体嵌套大小对齐规则，下面举一个示例来说明。
```c#include <stdio.h>// 定义一个结构体Astruct A {char a; // 1字节int b; // 4字节char c; // 1字节};// 定义一个结构体B，嵌套结构体A作为成员struct B {int d; // 4字节struct A e; // 嵌套结构体A，大小为8字节char f; // 1字节};int main() {printf("sizeof(struct B) = %lu\n", sizeof(struct B));return 0;}```在上述示例中，结构体A的大小为8字节。
c语言 结构体赋值出错 对齐
c语言结构体赋值出错对齐
C语言中结构体赋值出错通常涉及到结构体成员的对齐问题。
C 语言中的结构体成员在内存中的排列顺序受到对齐规则的影响，而这些规则在不同的编译器和计算机架构上可能会有所不同。
首先，结构体成员的对齐方式受到编译器的影响。
一般来说，编译器会根据结构体成员的类型和当前编译器的设定来进行对齐。
比如，有些编译器默认采用4字节对齐，即结构体成员的地址必须是4的倍数，而有些编译器可能采用8字节对齐。
其次，结构体成员的大小也会影响对齐。
比如，一个结构体成员是char类型，大小为1字节，而另一个结构体成员是int类型，大小为4字节，这就可能导致对齐问题。
另外，如果结构体成员之间存在空隙，也会影响对齐。
比如，如果一个结构体成员的大小为3字节，那么编译器可能会在其后面填充一个字节，以满足对齐要求。
为了解决结构体赋值出错的对齐问题，可以采取一些方法。
首先，可以查看编译器的对齐设置，尝试调整对齐方式来解决问题。
其次，可以考虑重新设计结构体，调整成员的排列方式，使其符合对齐规则。
最后，可以使用#pragma pack指令（在一些编译器中可用）来显式地指定结构体成员的对齐方式。
总之，结构体赋值出错通常涉及到对齐问题，需要仔细检查结构体成员的类型、大小和编译器对齐设置，以及考虑调整结构体设计或对齐方式来解决问题。
结构体对齐规则
结构体对齐规则1、什么是内存对齐？我们都知道，定义的变量（元素）是要按照顺序一个一个放到内存中去的，它们也不一定就是紧密排列的，是要按照一定的规则就行排放的，这就是内存对齐。
对结构体来说，元素的存储从首地址开始，第一个元素的地址和整个结构体的首地址相同，其他的每个元素放置到内存中时，它都会认为内存是按照元素自己的大小来划分空间的，所以元素放置在内存中的位置一定会在元素自己宽度(字节数)的整数倍上开始，这就是所谓的结构体内存对齐问题。
特别有意思的是，C语言同意使用者自行确定内存对齐的设置，通过伪指令#pragma pack (n) 可以重新设定内存对齐的字节数。
这个后面会讲到！2、为什么要有内存对齐？这真是一个好问题！从网上了解到的几个原因：（1）考虑平台的原因。
实际的硬件平台跑代码是有所区别的，一些硬件平台可以对任意地址上的任意数据进行访问，而有一些硬件平台就不行，就是有限制，所以内存对齐是一种解决办法。
（2）考虑性能的原因。
CPU访问内存时，如果内存不对齐的话，为了访问到数据的话就需要几次访问，而对齐的内存只需要访问一次即可，提高了CPU访问内存的速度。
3、结构体的内存对齐规则是什么？每当有用到结构体的时候，总会考虑这个结构体实际应该要占用多少的内存，是否还有优化的空间。
特别是在面试时，结构体的内存对齐问题是很多面试会考到，也会经常被提及问起，属于高频考点了！话不多说，直接奉上结构体的内存对齐的判别方法，方便大家快速算出结构体所占的内存大小。
这里先规定一下：内存对齐值称为内存对齐有效值，这个值可以是1、2、4、8、16，所以先规定一下。
规则：规则1，结构体第一个成员一定是放在结构体内存地址里面的第1位。
规则2，成员对齐规则：除了第一个成员，之后的每个数据成员的对齐要按照成员自身的长度和内存对齐有效值进行比较，按两者中最小的那个进行对齐，即偏移的倍数。
规则3，结构体整体对齐规则：数据成员完成对齐之后，对整个结构体的大小进行对齐。
内存对齐(结构体和Union)
}AA;
int main()
{
AA a;
cout<<sizeof(a)<<" "<<sizeof(BB)<<endl;
return 0;
}
结果是
48 24
ok,上面的全看明白了,内存对齐基本过关.
明白了不?
那#pragma pack(2)的结果又是多少呢?对不起,５分钟到了,自己去测试吧.
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一会搞定union内存字节对齐
也是转载一个论坛的回复：
其实union(共用体)的各个成员是以同一个地址开始存放的,每一个时刻只可以存储一个成员,这样就要求它在分配内存单元时候要满足两点:
等你看完此３条原则,２分钟已经过去,抓紧时间,实战３分钟:
typedef struct bb
{
int id; //[0]....[3]
double weight; //[8].....[15] 原则１
float height; //[16]..[19],总长要为８的整数倍,补齐[20]...[23] 原则３
char a;//元长度1
int b[5];//元长度4
double c;//元长度8
int d[3];
};
本来mm的空间应该是sizeof(int)*5=20;但是如果只是20个单元的话,那可以存几个double型(8位)呢?两个半?当然不可以,所以mm的空间延伸为既要大于20,又要满足其他成员所需空间的整数倍,即24
结构体字节对齐规则
结构体字节对齐规则
结构体字节对齐是一种内存对齐的方式，在C和C++中被广泛应用于
结构体、联合体和类成员的内存布局中。
结构体字节对齐的规则如下：
1.结构体内的第一个成员从偏移量0开始放置；
2.结构体成员的对齐方式是自身大小和当前结构体大小的最小值，即：
-如果当前成员的大小等于结构体对齐方式，那么该成员可以位于任
何位置上；
-如果当前成员大小小于结构体对齐方式，则该成员放置在距离起始
地址最近的可以整除自身大小的地址上；
-如果当前成员大小大于结构体对齐方式，则当前成员的起始地址必
须是能够整除自身大小的地址。
同时，结构体对齐方式必须是当前成员大
小的倍数。
3.如果最后一个成员的大小不足结构体对齐方式，则结构体的总大小
必须是结构体对齐方式的倍数，因此需要添加填充字节，使得结构体的总
大小能够整除结构体对齐方式。
在实际编程中，可以使用预处理指令 `#pragma pack(n)` 来修改结
构体的字节对齐方式，其中 n 表示指定的字节对齐方式，常用值为1、2、4、8。
例如，`#pragma pack(4)` 表示将当前的字节对齐方式设为4。
注意，修改字节对齐方式可能会影响程序的性能和可移植性，需要谨慎使用。
c语言结构体对齐设置
c语言结构体对齐设置C语言中的结构体对齐设置是指在定义结构体时，编译器对结构体中的成员进行内存对齐的规则和方式。
结构体对齐设置的目的是为了提高程序的运行效率和内存使用效率，并且符合硬件的要求。
C语言中的结构体对齐设置主要涉及以下两个方面：成员对齐和结构体对齐。
1.成员对齐：成员对齐是指结构体中每个成员在内存中的起始地址必须是其大小的整数倍。
例如，一个int类型的成员需要4字节对齐，一个char 类型的成员需要1字节对齐。
成员对齐的目的是为了减少内存访问时的次数和时间，提高程序的运行效率。
成员对齐的具体设置可以通过编译器的选项进行配置，如gcc编译器通过使用__attribute__((aligned(n)))来设置成员对齐，其中n 表示对齐的字节数。
例如，__attribute__((aligned(4)))表示将成员对齐到4字节边界。
2.结构体对齐：结构体对齐是指结构体在内存中的起始地址必须是其成员中最大对齐要求的整数倍。
换句话说，结构体的对齐要求取决于其成员中对齐要求最大的成员。
结构体对齐的具体设置也可以通过编译器的选项进行配置。
例如，gcc编译器通过使用__attribute__((aligned(n)))来设置结构体对齐，其中n表示对齐的字节数。
如果结构体中的成员都未设置对齐要求，则结构体的对齐要求取决于编译器的默认设置。
一般来说，结构体的对齐要求是成员的对齐要求中最大的一个。
结构体对齐设置的主要作用是提高内存访问的效率。
对于一些嵌入式系统和软硬件交互的场景，结构体对齐设置也可以用于处理数据对齐的要求。
结构体对齐设置的具体实现方式因编译器而异。
不同的编译器可能采用不同的默认设置，或者提供不同的选项供程序员进行调整。
下面以gcc编译器为例进行说明：1.关闭对齐：在gcc编译器中，可以通过#pragma pack(1)来关闭对齐。
这样定义的结构体的对齐要求将被设置为1字节，即不对齐。
这种方式可以适用于某些特殊的需求，但一般不推荐使用，因为关闭对齐可能会导致内存访问效率下降。
内存对齐的理解
内存对齐的理解
内存对齐是一种优化技术，其目的是在存储单元大小为N的计算机上，使数据结构的首地址为N的倍数。
这样可以提高访问内存的效率，从而提高程序的性能。
在C/C++语言中，结构体和类的成员变量是按照定义的顺序依次存放在内存中的。
但是，由于计算机硬件的限制，存储单元的大小通常不是任意大小，而是固定的，如8字节、4字节、2字节等。
这时，如果结构体或类的成员变量大小不是存储单元大小的整数倍，就会出现内存对齐问题。
内存对齐的规则是，将结构体或类的成员变量按照从大到小的顺序排序，然后按照存储单元大小的整数倍进行对齐。
具体来说，如果某个成员变量的大小小于存储单元大小，则在其后面填充空白字节，使其占用的空间大小为存储单元大小的整数倍。
如果某个成员变量的大小等于存储单元大小，则不需要进行对齐。
如果某个成员变量的大小大于存储单元大小，则需要将其拆分成多个存储单元大小的部分进行对齐。
内存对齐的优点是可以提高程序的性能，因为CPU在处理内存时通常是以存储单元大小为单位进行读写的，如果数据结构的首地址不是存储单元大小的整数倍，就需要进行多次读写操作，这会浪费一定的时间和资源。
而进行内存对齐后，CPU可以一次读写整个存储单元，从而提高了程序的效率。
值得注意的是，内存对齐不仅仅是在结构体和类的成员变量中存
在，还可以在函数的调用过程中存在。
在函数调用时，参数的传递也需要进行内存对齐，以保证程序的正确性和性能。
结构体的对齐补齐规则
结构体的对齐补齐规则结构体是C语言中的一个重要数据类型，它可以将不同类型的数据组合在一起形成一个新的数据类型。
在使用结构体时，需要特别注意它的对齐补齐规则，以保证程序的正确性和效率。
1. 对齐规则结构体中的每个成员变量都有一个对齐值，它的值是该成员变量所占用的字节数和编译器默认的对齐字节数中较小的一个。
对齐字节数一般是2、4、8等，具体取决于所使用的编译器和CPU架构。
结构体的对齐值是它的所有成员变量的对齐值中最大的一个。
对齐值是为了保证结构体成员变量在内存中的地址是对齐的，这样可以提高CPU读写内存的效率。
2. 补齐规则结构体的总大小必须是对齐值的整数倍，如果结构体的总大小不是对齐值的整数倍，则编译器会在结构体最后自动添加一些字节来进行补齐，使得结构体的总大小满足对齐值的整数倍。
补齐的字节数取决于结构体的对齐值和已有成员变量所占用的字节数，具体规则如下：(1) 如果当前成员变量的大小等于对齐值，则不需要进行补齐。
(2) 如果当前成员变量的大小小于对齐值，则需要将结构体的总大小补齐到对齐值的整数倍。
(3) 如果当前成员变量的大小大于对齐值，则需要在该成员变量后添加足够的字节使得下一个成员变量的地址是对齐的。
(4) 如果结构体的最后一个成员变量大小不足对齐值，则需要在结构体的最后添加足够的字节使得结构体总大小是对齐值的整数倍。
3. 示例下面是一个结构体的示例，假设对齐字节数为4：struct Person {char name[20];int age;float height;};根据对齐规则，name数组的对齐值为1，age的对齐值为4，height 的对齐值为4，因此结构体Person的对齐值为4。
name数组的大小为20，age的大小为4，height的大小为4，因此结构体Person的大小为24字节。
由于24不是4的整数倍，因此编译器会在结构体Person的最后添加2个字节，使得结构体总大小为对齐值的整数倍，即28字节。
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首先，至少有一点可以肯定，那就是ANSI C保证结构体中各字段在内存中出现的位置是随它们的声明顺序依次递增的，并且第一个字段的首地址等于整个结构体实例的首地址。比如有这样一个结构体：
| |\\\\\\\\\\\| |
| a |\\padding\\| b |
| |\\\\\\\\\\\| |
+-------------------------------------+
许多实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制，它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k(通常它为4或8)的倍数，这就是所谓的内存对齐，而这个k则被称为该数据类型的对齐模数(alignment modulus)。当一种类型S的对齐模数与另一种类型T的对齐模数的比值是大于1的整数，我们就称类型S的对齐要求比T强(严格)，而称T比S弱(宽松)。这种强制的要求一来简化了处理器与内存之间传输系统的设计，二来可以提升读取数据的速度。比如这么一种处理器，它每次读写内存的时候都从某个8倍数的地址开始，一次读出或写入8个字节的数据，假如软件能保证double类型的数据都从8倍数地址开始，那么读或写一个double类型数据就只需要一次内存操作。否则，我们就可能需要两次内存操作才能完成这个动作，因为数据或许恰好横跨在两个符合对齐要求的8字节内存块上。某些处理器在数据不满足对齐要求的情况下可能会出错，但是Intel的IA32架构的处理器则不管数据是否对齐都能正确工作。不过Intel奉劝大家，如果想提升性能，那么所有的程序数据都应该尽可能地对齐。Win32平台下的微软C编译器(cl.exe for 80x86)在默认情况下采用如下的对齐规则: 任何基本数据类型T的对齐模数就是T的大小，即sizeof(T)。比如对于double类型(8字节)，就要求该类型数据的地址总是8的倍数，而char类型数据(1字节)则可以从任何一个地址开始。Linux下的GCC奉行的是另外一套规则(在资料中查得，并未验证，如错误请指正):任何2字节大小(包括单字节吗?)的数据类型(比如short)的对齐模数是2，而其它所有超过2字节的数据类型(比如long,double)都以4为对齐模数。
typedef struct ms4
{
char a;
MS3 b;
} MS4;
MS3中内存要求最严格的字段是c，那么MS3类型数据的对齐模数就与double的一致(为8)，a字段后面应填充7个字节，因此MS4的布局应该是:
_______________________________________
typedef struct ms2
{
int a;
char b;
} MS2;
或许你认为MS2比MS1的情况要简单，它的布局应该就是
_______________________
| | |
| a | b |
| | |
+---------------------------+
Bytes: 1 4
因为MS1中有最强对齐要求的是b字段(int)，所以根据编译器的对齐规则以及ANSI C标准，MS1对象的首地址一定是4(int类型的对齐模数)的倍数。那么上述内存布局中的b字段能满足int类型的对齐要求吗？嗯，当然不能。如果你是编译器，你会如何巧妙安排来满足CPU的癖好呢？呵呵，经过1毫秒的艰苦思考，你一定得出了如下的方案：
+-------------------------------------+
Bytes: 1 3 4
这个方案在a与b之间多分配了3个填充(padding)字节，这样当整个struct对象首地址满足4字节的对齐要求时，b字段也一定能满足int型的4字节对齐规定。那么sizeof(MS1)显然就应该是8，而b字段相对于结构体首地址的偏移就是4。非常好理解，对吗？现在我们把MS1中的字段交换一下顺序:
struct vector{int x,y,z;} s;
int *p,*q,*r;
struct vector *ps;
p = &s.x;
q = &s.y;
r = &s.z;
ps = &s;
assert(p < q);
assert(p < r);
现在回到我们关心的struct上来。ANSI C规定一种结构类型的大小是它所有字段的大小以及字段之间或字段尾部的填充区大小之和。嗯？填充区？对，这就是为了使结构体字段满足内存对齐要求而额外分配给结构体的空间。那么结构体本身有什么对齐要求吗？有的，ANSI C标准规定结构体类型的对齐要求不能比它所有字段中要求最严格的那个宽松，可以更严格(但此非强制要求，VC7.1就仅仅是让它们一样严格)。我们来看一个例子(以下所有试验的环境是Intel Celeron 2.4G + WIN2000 PRO + vc7.1，内存对齐编译选项是"默认"，即不指定/Zp与/pack选项):
| |\| |\\\\\\\\\| |
+-------------------------------------+
Bytes: 1 1 2 4 8
sizeof(short)等于2，b字段应从偶数地址开始，所以a的后面填充一个字节，而sizeof(double)等于8，c字段要从8倍数地址开始，前面的a、b字段加上填充字节已经有4 bytes，所以b后面再填充4个字节就可以保证c字段的对齐要求了。sizeof(MS3)等于16，b的偏移是2，c的偏移是8。接着看看结构体中字段还是结构类型的情况:
好的，现在你已经掌握了结构体内存布局的基本准则，尝试分析一个稍微复杂点的类型吧。
typedef struct ms3
{
char a;
short b;
double c;
} MS3;
我想你一定能得出如下正确的布局图:
Bytes: 4 1 4 1
当数组首地址是4字节对齐时，array[1].a也是4字节对齐，可是array[2].a呢？array[3].a ....呢？可见这种方案在定义结构体数组时无法让数组中所有元素的字段都满足对齐规定，必须修改成如下形式:
+---------------------------------+
Bytes: 4 1 3
现在无论是定义一个单独的MS2变量还是MS2数组，均能保证所有元素的所有字段都满足对齐规定。那么sizeof(MS2)仍然是8，而a的偏移为0，b的偏移是4。
_______________________________________
| |\\\\\\\\\\\| |
| a |\\padding\\| b |
| |\\\\\\\\\\\| |
assert(q < r);
assert((int*)ps == p);
// 上述断言一定不会失败
这时，有朋友可能会问:"标准是否规定相邻字段在内存中也相邻?"。 唔，对不起，ANSI C没有做出保证，你的程序在任何时候都不应该依赖这个假设。那这是否意味着我们永远无法勾勒出一幅更清晰更精确的结构体内存布局图？哦，当然不是。不过先让我们从这个问题中暂时抽身，关注一下另一个重要问题————内存对齐。
| a | b |
| | |
+---------------------+
Bytes: 4 1
因为MS2对象同样要满足4字节对齐规定，而此时a的地址与结构体的首地址相等，所以它一定也是4字节对齐。嗯，分析得有道理，可是却不全面。让我们来考虑一下定义一个MS2类型的数组会出现什么问题。C标准保证，任何类型(包括自定义结构类型)的数组所占空间的大小一定等于一个单独的该类型数据的大小乘以数组元素的个数。换句话说，数组各元素之间不会有空隙。按照上面的方案，一个MS2数组array的布局就是:
___________________________________
| | |\\\\\\\\\\\|
| a | b |\\padding\\|
| | |\\\\\\\\\\\|
Bytes: 1 7 16
显然，sizeof(MS4)等于24，b的偏移等于8。
在实际开发中，我们可以通过指定/Zp编译选项来更改编译器的对齐规则。比如指定/Zpn(VC7.1中n可以是1、2、4、8、16)就是告诉编译器最大对齐模数是n。在这种情况下，所有小于等于n字节的基本数据类型的对齐规则与默认的一样，但是大于n个字节的数据类型的对齐模数被限制为n。事实上，VC7.1的默认对齐选项就相当于/Zp8。仔细看看MSDN对这个选项的描述，会发现它郑重告诫了程序员不要在MIPS和Alpha平台上用/Zp1和/Zp2选项，也不要在16位平台上指定/Zp4和/Zp8(想想为什么？)。改变编译器的对齐选项，对照程序运行结果重新分析上面4种结构体的内存布局将是一个很好的复习。
|<- array[1] ->|<- array[2] ->|<- array[3] .....
__________________________________________________________
| | | | |
| a | b | a | b |.............
| | | | |
+----------------------------------------------------------